QSea II – Modularer, skalierbarer Quantencomputer basierend auf gespeicherten Ionen-Qubits
Projektlaufzeit: 1.01.2023 – 31.12.2026
Ein modularer und skalierbarer Quantencomputer auf Basis von gespeicherten Ionen-Qubits.
Dieser Quantencomputer ist eine modulare und skalierbare Weiterentwicklung des QSea I Demonstrators. Er basiert auf mehreren modularen MAGIC-Quantenprozessoren mit ParityQC-Architektur, die miteinander verbunden sind. Wir zeigen damit die grundsätzliche Skalierbarkeit auf viele Tausende von Qubits. MAGIC steht für Magnetic Gradient Induced Coupling und beschreibt eine präzise, kostengünstige Steuerungstechnologie für Ionenfallen-Qubits.
QSea II ist ein gemeinsames Projekt eines Industriekonsortiums. eleQtron baut die notwendige Hardware für den Quantenprozessor. ParityQC entwickelt ein Betriebssystem und hardwarespezifische Algorithmen. NXP Semiconductors steuert die Sensorlösung sowie die Steuer- und Regelelektronik bei, die für die Einbettung in klassische Computerumgebungen erforderlich ist.
Motivation
Das übergeordnete Ziel des Konsortiums ist es, Innovationen im Bereich der Quantentechnologien gesellschaftlich nutzbar zu machen und sie in kommerzielle Anwendungen zu überführen. Gespeicherte Ionen gelten als ein vielversprechender und etablierter Ansatz im Wettlauf um einen frei programmierbaren und fehlerbereinigten Quantencomputer. Der von dem Konsortium entwickelte modulare Quantencomputer arbeitet nach der MAGIC-Methode, bei der alle Qubits über Magnetfeldgradienten miteinander gekoppelt sind. Diese Methode ermöglicht es, einzelne Qubits mit hochfrequenten Impulsen im Mikrowellenbereich zu steuern, was bedeutet, dass kommerzielle Signalquellen verwendet werden können. Die ParityQC-Architektur ermöglicht dank ihrer hohen Parallelisierbarkeit und Modularisierbarkeit den Bau von fehlerkorrigierten Quantencomputern. NXP bringt seine Expertise in der Systemelektronik in die Skalierung und Miniaturisierung von Komponenten und die chipbasierte Photonendetektion zum Lesen von Quantenzuständen ein.
Herausforderung
Unser modularer, skalierbarer Quantencomputer basiert auf neuartigen Oberflächenfallen-Chips, die von dem Konsortium entwickelt werden. Die grundlegenden Funktionen zur Steuerung und Erkennung der Qubits sind in diese Ionenfallen-Chips integriert, von denen jeder bereits ein einzelner voll funktionsfähiger Quantenprozessor ist. Mehrere solcher Subprozessoren sind entweder durch optische Kopplung der Qubits oder durch den Transport der Ionen von einem Mikrochip zum anderen miteinander verbunden. Die ParityQC-Architektur ermöglicht die effiziente Entwicklung von Algorithmen auf diesen modularen Chips zur Lösung von Optimierungsproblemen in einem breiten Spektrum von Anwendungsbereichen. NXP passt die System- und Detektionselektronik an kryogene Umgebungen an.
eleQtron
eleQtron wurde im Jahr 2020 gegründet. Es ist eine Ausgründung aus dem Lehrstuhl für Quantenoptik an der Universität Siegen. eleQtron entwickelt, produziert, betreibt und vermarktet Rechenzeit auf Ionenfallen-basierten Quantencomputern. Der Quantencomputerhersteller baut sukzessive leistungsfähigere Quantencomputer und verbindet sie mit der Cloud. Die Technologie funktioniert ohne Laserlicht für Quantenlogik-Operationen.
NXP Semiconductors Germany
NXP gehört zu den führenden Halbleiterunternehmen weltweit und kann auf Erfahrung und Expertise von mehr als 60 Jahren bauen. Am Standort Hamburg sind mit rund 900 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern vor allem Forschung, Entwicklung, Test und Marketing für mehrere Geschäftsbereiche ansässig. Die wichtigsten NXP Kompetenzzentren in Hamburg sind Sichere Vernetzte Mobilität, Cybersecurity, Industrie 4.0 und – neu – Quantencomputing.
Parity Quantum Computing Germany
Der Fokus von ParityQC liegt auf der Entwicklung von Bauplänen und Betriebssystemen für Quantencomputer. ParityQC arbeitet mit Hardwarepartnern weltweit zusammen, um gemeinsam Quantencomputer für Anwendungen zu bauen, die vom universellen, fehlerkorrigierten Quantencomputing bis hin zur Lösung von Optimierungsproblemen auf NISQ Geräten reichen. Für das DLR entwickelt ParityQC Architektur, Algorithmen und Betriebssystem.
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